Elektrikli araçlar için güç kalitesi arttırılmış bir çok seviyeli evirici geliştirilmesi
Development of a power quality enhanced multi-level inverter for electric vehicles
- Tez No: 825243
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET NURİ ALMALI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Son yıllarda batarya, motor ve sürücü uygulamalarındaki iyileştirmeler elektrikli araç (EA) teknolojilerinin dünya çapında hızla yayılmasına olanak sağlamıştır. EA uygulamalarında güç ve performans açısından alternatif akım (AA) motoru kullanımının yanı sıra çift yönlü şarj yöntemlerinin gelişimiyle birlikte düşük harmonik üreten eviricilere olan gereksinim de artmıştır. Çok seviyeli eviriciler (ÇSE) endüstriyel uygulamalar, yenilenebilir enerji sistemleri ve elektrikli araç uygulamalarındaki dönüştürücü gereksinimleri nedeniyle araştırmacıların dikkatini çekmiştir. ÇSE'ler, çıkış geriliminde daha düşük harmonik bozulmayla daha yüksek seviyeleri sentezler. Ancak çok sayıda güç elektroniği cihazının kullanılması ÇSE'lerin karmaşıklığını, kayıplarını ve maliyetini artırmaktadır. Bu çalışmada, az sayıda güç anahtarına sahip bir ÇSE önerilmiştir. Anahtar sayısını azaltmanın en etkili çözümü asimetrik kaynak konfigürasyonu kullanmaktır. Bu nedenle önerilen ÇSE'nin ana birimi, yalnızca 10 anahtar ve üç asimetrik DA bağlantı gerilimi kullanarak çıkış geriliminde 21 seviye üretir. EA'larda tek DA batarya geriliminin kullanılması, çok kaynaklı asimetrik ÇSE topolojilerinin uygulamasını olanaksız hale getirmektedir. Bu sorunun üstesinden gelmek için yüksek frekanslı bağlantı (HFL) kullanılmıştır. HFL, bir H-Köprü yardımıyla 25 kHz'de tetiklenen EA batarya gerilimini kullanarak evirici için asimetrik bağlantı gerilimleri sağlar. Ayrıca HFL'nin yalnızca düşük gerilim değerlerini sağlaması nedeniyle gücün yalnızca küçük bir kısmı HFL'den geçerken, büyük bir kısmı doğrudan tek DA kaynaktan çekilir. Bu, yüksek frekans transformatörünün boyutunu ve büyük bir DA-DA dönüştürücü gereksinimini azaltır. Önerilen ÇSE, En Yakın Seviye Kontrolü (NLC) ve sinüzoidal darbe genişlik modülasyon (SPWM) teknikleri kullanılarak kontrol edilmiş ve çıkış dalga biçimi kalitesi, iki farklı modülasyon yaklaşımı için karşılaştırılmıştır. Uygulama devresi için kontrol sinyalleri FPGA kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Benzetim çalışmaları MATLAB/Simulink programında saf rezistif ve rezistif-indüktif yük koşulları altında gerçekleştirilmiş, sonuçlar deneysel olarak doğrulanmıştır. PLECS yazılımı kullanılarak çeşitli çıkış gücü seviyeleri için güç kayıpları ve evirici verimliliği hesaplanmış, maksimum verim %95.93 ile 200W çıkış gücünde gerçekleşmiştir. Ayrıca literatürdeki son çalışmalarla karşılaştırmalı bir çalışma yapılmış ve karşılaştırma sonuçları, önerilen topolojinin aynı sayıda çıkış seviyesi için minimum sayıda güç bileşenini kullandığını göstermektedir. Önerilen evirici, yüksek frekanslı anahtarlama yöntemlerine ihtiyaç duymadan, NLC yöntemini kullanarak çıkışta çok düşük harmonik bozulma sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
In recent years, improvements in battery, motor, and driver applications have enabled the rapid spread of electric vehicle (EV) technologies around the world. In EV applications, the need for low harmonic generating inverters has increased with the development of bidirectional charging methods as well as the use of alternating current (AC) motors in terms of power and performance. Multilevel inverters (MLI) have attracted the attention of researchers due to their converter requirements in industrial applications, renewable energy systems and electric vehicle applications. MLIs synthesize higher levels with lower harmonic distortion at the output voltage. However, the utilization of a high number of power electronic devices increases the complexity, losses, and cost of MLIs. In this study, an MLI with a small number of power switches is proposed. The most efficient solution for reducing the number of switches is to employ asymmetric input voltage sources. The most effective solution for reducing the number of switches is that use asymmetric source configuration. Therefore, the main unit of the proposed MLI generates 21 levels at the output voltage using only 10 switches and three asymmetric DC link voltages. The utilization of the single DC battery voltage in EVs renders the implementation of multisource asymmetric MLI topologies unfeasible. High frequency link (HFL) was used to overcome this problem. The HFL provides asymmetric link voltages for the inverter using the EV battery voltage triggered at 25 kHz with the help of an H-Bridge. Furthermore, due to providing only low voltage values by HFL, only a small fraction of the power passes through the HFL, while the majority of the power is directly drawn from the single DC source. This reduces the size of the high-frequency transformer and the requirement of a large DC-DC converter. The proposed MLI has been controlled using the Nearest Level Control (NLC) and sinusoidal pulse width modulation (SPWM) techniques, and the output waveform quality has been compared for two different modulation approaches. Simulation studies were conducted using the MATLAB/Simulink program under conditions of both pure resistive and resistive- inductive loads, and the outcomes were subsequently validated through experimentally. Power losses and inverter efficiency were computed for various output power levels using PLECS software, the maximum efficiency was realized 95.93% with output power of 200W. In addition, a comparative study has been made with the recent studies in the literature, and the results of the comparison show that the proposed topology uses the minimum number of power components for the same number of output levels. The proposed inverter provides very low harmonic distortion at the output using the NLC method, without the need for high-frequency switching methods.
Benzer Tezler
- Advanced mobility robustness optimization techniques in mobile heterogeneous networks with the inclusion of 5G
5G dahil mobil heterojen ağlarda gelişmiş mobilite sağlamlık optimizasyon tekniği
WAHEEB SALIM ABDULRAB TASHAN
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SULTAN ALDIRMAZ ÇOLAK
- Power amplifer assisted ISAC
Güç yükselteci destekli ISAC
HÜSEYİN AKCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
- E-mobilite uygulamaları için lityum-iyon bataryaların fizik tabanlı modellerinin karşılaştırmalı analizi
Comparative analysis of physics-based models for lithium-ion batteries in e-mobility applications
HAKKI YAVUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Novel fractional order calculus-based audio processing methods and their applications on neural networks for classification and synthesis problems
Kesirli mertebeden kalkülüs temelli yeni ses işleme yöntemleri ve bunların sinir ağları üzerinde sınıflandırma ve sentez problemlerine uygulanması
BİLGİ GÖRKEM YAZGAÇ
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜRVET KIRCI
- Wind turbine protection and modelling
Rüzgar türbinleri koruma ve modelleme
ERIC NDUWAYEZU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BAYRAK